Eine Wissenschaftsexpedition in 2016 enthüllte einen unterirdischen Lebensraum, in dem Mikroben gefunden wurden, die bei Temperaturen nahe 250 Grad Fahrenheit lebten. Nun, ein Folgestudie zeigt wie diese bemerkenswerte mikrobielle Gemeinschaft es schafft, der Hitze zu trotzen.
Laut New ermöglichen hohe Stoffwechselraten das Leben von Mikroorganismen, die in tief unter dem Meeresboden vergrabenen Sedimenten leben Forschung veröffentlicht in Nature Communications. Die Studie unter der Leitung der Meeresgeomikrobiologin Tina Treude von der University of California in Los Angeles wirft ein neues Licht auf Mikroben unter der Oberfläche und zeigt, dass einige von ihnen überraschend aktiv sind und in der Lage sind, unter tiefen und heißen Bedingungen zu gedeihen.
„Wir haben immer festgestellt, dass Mikroben in der tiefen Biosphäre eine extrem träge Gemeinschaft sind, die langsam an den letzten Überresten von Millionen Jahre alter, vergrabener organischer Materie knabbert. Aber die tiefe Biosphäre ist voller Überraschungen,“, sagte Bo Barker Jørgensen, Mikrobiologe an der Universität Aarhus in Dänemark in einer Pressemitteilung der University of California. „Das Gedeihen von Leben mit hohen Stoffwechselraten bei diesen hohen Temperaturen im Tiefseeboden nährt unsere Vorstellung davon, wie sich Leben in ähnlichen Umgebungen auf Planetenkörpern jenseits der Erde entwickeln oder überleben könnte.“
In einer E-Mail sagte Virginia Edgcomb, eine Geologin der Woods Hole Oceanographic Institution, die nicht an der neuen Studie beteiligt war, sie sei begeistert von der Forschung, weil sie zeigt, „dass wir nicht davon ausgehen können, dass mikrobielle Aktivitäten nur wegen der Tiefe unter dem Meeresboden oder extremen Temperaturen unbedeutend sind“, insbesondere wenn „ausreichende Kohlenstoff- und Energiequellen verfügbar sind“.
In diesem Fall wurden die erforderlichen Kohlenstoff- und Energiequellen in der Nankai-Trog-Subduktionszone vor Japan gefunden. Vor sieben Jahren bohrte eine wissenschaftliche Expedition unter der Leitung desselben Teams 3.930 Fuß (1.200 Meter) unter dem Meeresboden, wobei Meeressedimentproben und Beweise für die extremophilen Mikroben entnommen werden. Sie tat dies, um die Temperaturgrenze der Biosphäre des tiefen Unterwasserbodens und das Ausmaß zu untersuchen, in dem Leben in diesem extremen Lebensraum ansässig sein könnte. Unglaublich, sie gefunden eine kleine Gemeinschaft von Mikroben, die trotz Temperaturen von 250 Grad F (120 Grad C) zu gedeihen schien. Es war für die Forscher nicht ganz offensichtlich wie dies möglich war, was zu weiteren Studien führte.
Für die neue Untersuchung führten Treude und ihre Kollegen Radiotracer-Experimente durch, um die Stoffwechselraten der Mikroben zu messen, was sie unter hochsterilen Bedingungen durchführten, um eine Kontamination zu verhindern. Das war nicht einfach, angesichts der geringen Populationsdichte der Mikroben; weniger als 500 Zellen waren in jedem Kubikzentimeter Sediment vorhanden. Das Team hat auch besondere Vorkehrungen getroffen, um ensicher, dass die beobachteten Stoffwechselraten im Labor die gleichen waren wie in der natürlichen Umgebung der Mikroben.
Diese Arbeit führte zur Entdeckung des schnellen Stoffwechsels der Mikroorganismen, der es den Forschern zufolge ermöglicht, solche extremen Bedingungen zu überleben. Die Wissenschaftler vermuten, dass die hohen Stoffwechselraten eine Notwendigkeit sind, Dadurch können die Mikroben durch Hitze beschädigte Zellen reparieren.
„Die Energie, die benötigt wird, um thermische Schäden an Zellbestandteilen zu reparieren, steigt steil mit der Temperatur, und der größte Teil dieser Energie ist wahrscheinlich notwendig, um der kontinuierlichen Veränderung von Aminosäuren und dem Verlust der Proteinfunktion entgegenzuwirken“, sagte Treude.
Gleichzeitig die Mikroben reichlichen Zugang zu Nährstoffen haben, die durch das Erhitzen organischer Materialien zugeführt werden, insbesondere Wasserstoff und Acetat aus Wasser, das durch das Meer austritt Sediment.
Die neuen Beobachtungen „können für viele kontraintuitiv erscheinen, nämlich dass Zellen, die nahe an den thermischen Grenzen des Lebens an diesem Ort leben, und so tief unter dem Meeresboden, wo wir erwarten würden, dass sie kaum überleben, tatsächlich sehr aktiv sind “, sagte Edgcomb. Aber ihre hohe Aktivitätsrate hat einen sehr interessanten Grund: „Um genug Energie liefern zu können, um Schäden an thermischen Zellen zu reparieren, damit sie überleben können“, fügte sie hinzu.
In einer E-Mail sagte Jennifer Biddle, eine außerordentliche Professorin an der University of Delaware, die nicht an der Forschung beteiligt ist, die neue Arbeit „scheint gut gemacht zu sein“ und „schöne Komplimente“ bereits bestehende Arbeit zeigt Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaften und Zunahmen der ZellteilungIon wenn die Sedimenttemperaturen heißer werden. Ein Argument, das in der neuen Veröffentlichung präsentiert wird, ist, dass Zellen erst gestartet werden, wenn sie bereits vergraben sind – eine Erkenntnis, die mit den jüngsten übereinstimmt Forschung von Biddle mitverfasst und demonstriert, dass „Zellen, sobald sie ihren ‚glücklichen Platz’ im Untergrund gefunden haben, viel Kraft zum Wachsen haben“, sagte sie.
Eine Einschränkungsagte Biddle, ist das die Forscher beschrieben mikrobielle Aktivität aber gab keine Namen an oder identifizierte die fraglichen Mikroben. Sie sagte: „Es wäre großartig zu wissen, wer da ist, so könnten wir noch besser abschätzen, wie schnell sie sich bewegen könnten“, und fügte hinzu, dass es auch gut wäre, „einige dieser unterirdischen Linien zu kultivieren, um ihre thermischen Bereiche zu testen und wie sie sich möglicherweise an diese Umgebung angepasst haben.“
Interessanterweise nähern sich diese Unterwassermikroben den thermischen Grenzen des Lebens, wie wir es kennen, aber einige Wissenschaftler glauben, dass Mikroben dies können Überleben in noch heißeren Umgebungen. Klingt so, als müssten wir das nächste Mal etwas tiefer graben, da es noch extremer ist Mikroben könnten noch darauf warten, gefunden zu werden.
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